SU757873A1 - Устройство для измерения температуры 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области измерения температуры, в частности, к измерениям температуры оптическими методами, основанными на измене- 5 нии физических свойств веществ.

Известен широкий набор технических средств для измерения и контроля температуры различных объектов и сред [1] . однако эти средства имеют, 10 как правило, невысокую точность.

Известно устройство [2], содержащее фокусирующую систему, источник эталонного излучения, приемник излучения, усилитель - преобразова- <5 тель, управляющий редуцирующим устройством, поляризационную призму, электрооптическое устройство с генератором и анализатор. В этом устройстве призма установлена на оптичес- 20 кой оси приемника излучения, а фокусирующая система и источник эталонного излучения установлены так, что их оптические оси на выходе призмы совмещены друг с другой с оптической 25 осью приемника излучения.

Недостатком этого устройства является относительно невысокая точность.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для

2

измерения температуры £3], содержащее датчик температуры, представляющий собой одноосный кристалл, анализатор, фотоприемник и регистрирующее устройство .

Основным недостатком этого устройства является ограниченная точность и динамический диапазон измерения температуры, так как в качестве регистрирующего устройства используется измеритель интенсивности света, прошедшего через кристаллический датчик, компенсатор и анализатор. Чувствительность измерителя интенсивности в данном устройстве составляет 1/100 от интенсивности падающего света. Для повышения точности необходимо увеличивать путь луча в кристаллическом датчике.

В описанном устройстве использовался одноосный кристалл длиной 4 см. Это позволило получить погрешность измерения температуры 0,038°С. Однако диапазон измерения температур составил 3,8°С.

Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона измерения температуры.

3

757873

4

Поставленная цель достигается тем, что датчик температуры помещен внутрь изотропного резонатора лазера, а в качестве регистрирующего устройства использован измеритель частоты. В этом случае температура датчика влияет не на интенсивность излучения ла- 5 зера, а на его частотные характеристики. Это позволяет в качестве устройства, регистрирующего температуру, использовать измеритель частоты, вместо используемого в устройстве - №

прототипа измерителя интенсивности. Переход от измерения амплитудных характеристик излучения к измерению его частотных характеристик дает существенный выигрыш в точности. 15

Рабочему диапазону измеряемых частот биений соответствует определенное изменение фазовой анизотропии датчика, пропорциональное произведению его толщины на диапазон 20 измеряемых температур. Поэтому высокая чувствительность устройства позволяет расширить диапазон измеряемых температур путем уменьшения толщины датчика, при этом диапазон рабочих частот биений остается постоянным.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Заявляемое устройство состоит из датчика температуры 1, представляющего собой плоскопараллель- 30 ную пластинку толщиной У из одноосного кристалла, вырезанную параллельно его оптической оси и располагающуюся на оптической оси резонатора лазера, который образован зеркалами 35 2 и изотропным активным элементом 3 (например, газоразрядной трубкой с перпендикулярными выходными окнами).

С помощью анализатора 4, представляющего собой поляризационную приз- дд му или поляроид, и фотоприемника 5 выделяется сигнал биений ортогонально поляризованных мод лазера, изменение частоты которого прямо пропорционально изменению температуры датчика. 45

Это объясняется тем, что частота сигнала биений V прямо пропорциональна фазовой толщине 4¹ кристаллической пластины датчика

4>.срь ,, 50

------- (О

где С/2Ь - частотный интервал между модами одной поляризации лазера; 55

С - скорость света,'

- оптическая длина резонатора.

Фазовая толщина Ψ пластинки, в свою очередь, линейно зависит от ^д

ее температуры

π,-и, ₊ (2)

⁴ о л *'

где X - длина волны лазерного из- ¢5

лучения, ί - геометрическая толщина

пластины, р-—θξ ⁺е этЛА’Ъ-Пе'

фазовая толщина пластины при температуре Т_о калибровки измерителя. Т. о., изменение температуры дТ, связано с изменением частоты биений соотношением

^йТ' гртсЪрь (3)

где δα) - величина, измеряемая измерителем частоты 6.

Устройство работает следующим образом,, Датчик 1 предварительно прокалиброванного устройства приводят в контакт с объектом, температуру которого нужно измерять. Ось максимального пропускания анализатора 5 устанавливают под углом 45 к направлению оптической оси кристаллического датчика 1 и делают отсчет частоты δα) по измерителю частоты. Температуру объекта рассчитывают по формуле

^Ти^^То^+А^· (4)

Выражение (4) позволяет провести предварительную градуировку регистрирующего устройства в градусах для данного кристаллического датчика.

В случае использования устройства в целях термостатирования или контроля температуры объема, датчик (а при необходимости и все устройство) размещают в этом объеме. Если объем невелик и в него помещают только датчик, кожух термостата снабжают выходными окнами из изотропного материала с малым поглощением на длине волны генерации лазера.

Использование устройства по сравнению с известными даст возможность повысить точность измерений не менее, чем на два порядка при значительной (100°С) ширине диапазона измеряемых температур.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, представляющий собой одноосный кристалл, анализатор, фотоприемник и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения температуры, датчик температуры помещен внутрь изотропного резонатора лазера, а в качестве регистрирующего устройства использован измеритель частоты.